지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법

 

 

 

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 자동용접장치      210 파지 장치      220 연결 장치      223 연결 플레이트      226 개폐 장치      230 잠금 장치  240 주행 레일         250 다관절 자동용접로봇

 

배경기술
본 출원인은 600㎜ 이상의 대형 강관 시공시에 배관 및 용접을 자동으로 시행하여 시공성, 경제성, 안전성을 높일 수 있도록 ‘강관의 시공방법’을 개발해 특허출원한 바 있다. 또한 강관 정형기로부터 외면 용접기를 분리하고 정형기와 외면 용접기를 별도로 이용해 강관 시공을 진행함으로써 작업 준비 시간은 물론 시공 시간, 정리 시간을 크게 단축, 독립적인 기구도 별도 시공을 진행할 수 있도록 개발해 시공의 전문성을 확보했다.

이와 같은 본 출원인의 특허 발명들은 대형 강관 시공시에 배관 설치 작업 및 용접 연결 작업 등을 자동으로 시행해 시공성, 경제성, 안전성 등을 크게 향상시키는 효과가 있었으나 경사진 관로 시공구간에서는 상당한 하중을 가진 장비를 위치시킨 상태에서 강관에 장착하는 작업이 쉽지 않아 작업성이 떨어지고 안전사고 발생 위험이 존재하여 경사 구간에서도 안정적으로 시공할 수 있는 기술 개발이 요구됐다.

또한 위 특허 발명들은 용접 장치들이 X, Y, Z의 3축 직선 운동 방식과 θ축 회전 운동 방식을 결합한 로봇 구조를 이용하여 용접할 수 있도록 구성되므로 강관 용접이 원주 방향으로 용접해야 하는 특수성을 감안할 때 보다 정밀하고 우수한 관로 용접 작업을 실현하는데 한계가 발생하고, 용접 장치들의 부피가 전체적으로 크기 때문에 실제 시공 구간에서 용접 장치의 회전 반경을 줄이는데 한계가 발생해 협소한 공간에서도 강관 용접 작업을 보다 원활하게 수행할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

과제 해결수단
본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은 강관을 시공 현장에서 시공할 강관들을 서로 연결할 수 있도록 일렬로 정렬하는 정렬단계와 정렬단계에서 정렬된 강관의 경사도에 따라 강관을 파지할 정형이음장치의 파지 각도를 조절하는 각도조절단계, 그리고 각도조절단계를 통해 설정된 파지 각도로 정형이음장치를 이송하여 정렬단계에서 정렬된 양쪽 강관의 끝단부에 정형이음장치를 장착해 양쪽 강관의 끝단부를 파지하는 파지단계가 있다. 

파지단계가 완료되면 정형이음장치의 정형 장치를 이용해 양쪽 강관이 서로 맞춰질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계를 거친다. 강관연결단계 후에 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와 정형이음장치 분리단계 후, 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와 외면용접단계 전·후 또는 동시에 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은 강관을 시공 현장에서 시공할 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와 강관 정형이음장치를 이송하여 제1강관 배치단계에서 배치된 강관에 정형이음장치의 한 쪽 원형 몸체를 장착해 파지하는 제1파지단계, 제1파지단계 후에 제1강관에 연결할 제2강관을 제1강관에 일렬로 정렬되게 투입하는 제2강관 투입단계와 제2강관 투입단계에서 투입된 제2강관에 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 장착하여 파지하는 제2파지단계가 있다.

제2파지단계가 완료되면 정형이음장치의 정형 장치를 이용해 양쪽 강관이 서로 맞춰질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계, 강관연결단계 후에 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와 정형이음장치 분리단계 후에 6관절 로봇 작동구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 강관 외면 자동용접장치를 이용해 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와 외면용접단계 전·후 또는 동시에 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

각도조절단계에서, 정형이음장치의 파지 각도 조절은 인양 장비에 연결된 연결 부재와 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절해 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지각도를 조절하는 것이 바람직하다. 외면 용접단계에서 강관 외면 자동용접장치를 이용해 강관의 외면을 용접할 때, 강관 연결부의 최저점으로부터 좌우 상측 방향으로 180° 구간을 차례로 이동하면서 강관 외면 연결부를 용접하는 것이 바람직하다.

 

효과
본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은 다음과 같은 효과를 갖는다. 지능형 다관절 로봇암 구조를 가진 자동용접로봇을 이용해 강관의 외면 및 내면을 자동 용접할 수 있도록 구성되기 때문에 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 더불어 협소한 시공 공간에서도 보다 용이하게 용접 작업을 수행할 수 있게 되어, 강관 연결 부분의 신뢰성 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 강관 둘레에 장착할 수 있도록 구성되므로, 수평(평지) 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 제1강관에 정형이음장치를 장착한 후에 제2강관을 투입해 정형이음장치에 연결하고, 이 후 양쪽 강관을 정형한 다음 연결할 수 있도록 구성되므로 강관 현장시공 연결방법을 다양화할 수 있고, 이에 따라 일부 강관 교체 또는 일부 강관 후 투입 등의 강관 시공 조건이 변화된 상태에서도 강관 연결 시공 작업을 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.  특허정보검색서비스 www.kipris.or.kr